[發明專利]一種基于球凸肋片的螺旋蒸發管結構設計方法

在審

• 申請號: 202110228551.3
• 申請日: 2021-03-01
• 公開（公告）號: CN112948970A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 毛昭勇;陳佩雨;盧丞一
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于球凸肋片的螺旋蒸發管結構設計方法，該結構是在傳統的螺旋蒸發管內添加球凸肋片，之后主要針對球凸肋片的結構參數進行對比研究，其中包括球凸肋圓心角(扇形圓心角)直徑d_r，倒圓直徑(圓形橫截面與扇形連接線)d_a，肋個數n。通過對流動換熱特性的分析討論，基于綜合評價因子p，確定了該新型球凸肋螺旋蒸發管的結構參數，分別為d_r＝0.8mm，d_a＝0.12mm，n＝4；同時，發現該結構的換熱系數明顯提高，達到了50.1％，綜合評價因子高達1.26。

技術領域

本發明涉及強化換熱領域，更具體的說，是涉及一種帶有球凸肋片的螺旋蒸發管結構設計方法

背景技術

水下航行器在海洋開發、海洋勘測和海洋戰略等方面扮演非常重要的角色。在爭端日益激烈的當今社會，越來越受到各個國家的重視。水下航行器的航程、航速和航深等主要性能指標取決于高性能的動力裝置。熱動力系統以其可靠穩定的性能，成為水下航行器最主要的動力形式。

熱動力系統主要工作原理是：鍋爐內部燃料燃燒釋放出大量的熱，低溫低壓的液態工質水通過流經盤繞鍋爐表面的蒸發器管道，從而吸收熱量相變成為過熱水蒸氣，之后，經過噴嘴，形成高溫高壓水蒸氣推動渦輪機做功，為航行器提供運行動力。考慮到水下航行器的特殊運行環境，它的外形設計和空間尺寸會受到嚴格的限制，并且為了提高機動性和隱蔽性，小型化成為了水下航行器未來發展趨勢之一。因此，如何能達到目標蒸汽狀態且占用的空間最小化是一個值得探索的問題，這就涉及到沸騰傳熱特性研究及沸騰強化傳熱技術研究。

流動沸騰過程中較為常見的強化傳熱技術主要采用的是增加傳熱面積或者增強沿程氣液相的混合能力的原理，最普通的形式包括：翅片，肋片和扭轉內插物三種形式，這些方式均以增大壓降損耗為代價提高換熱能力。因此，如何在犧牲最少泵功的前提下盡量提高換熱能力，即設計整體性能高的新型蒸發管，成為了水下航行器小型化的研究重點。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述背景技術中所提到的問題，公開了一種基于球凸肋片的螺旋蒸發管結構設計方法，該結構是在傳統的螺旋蒸發管內添加球凸肋片，之后主要針對球凸肋片的結構參數進行對比研究，其中包括球凸肋圓心角(扇形圓心角)直徑d_r，倒圓直徑(圓形橫截面與扇形連接線)d_a，肋個數n。通過對流動換熱特性的分析討論，基于綜合評價因子p，確定了該新型球凸肋螺旋蒸發管的結構參數，分別為d_r＝0.8mm，d_a＝0.12mm，n＝4；同時，發現該結構的換熱系數明顯提高，達到了50.1％，綜合評價因子高達1.26。為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種基于球凸肋片的螺旋蒸發管結構設計方法，具體實施包括步驟：

步驟1：在傳統螺旋蒸發管的內部添加球凸形狀的肋片，對肋片結構參數進行優化；

步驟2：對新型球凸肋片的螺旋蒸發管內的過冷沸騰過程進行流動換熱特性研究；

步驟3：基于綜合評價因子p，篩選出針對當前螺旋蒸發管最優的球凸肋結構參數；

步驟4：對步驟3得到的結構，進行整體評價。

進一步地，所述步驟1中，傳統螺旋蒸發管結構參數為：螺旋管內徑d＝1mm，螺旋管曲率直徑d_c＝90mm，螺旋管升角θ＝4°；球凸肋片通過扇形截面截取圓形橫截面形成的，其結構參數包括：球凸肋圓心角(扇形圓心角)直徑d_r，倒圓直徑(圓形橫截面與扇形連接線)d_a，肋個數n。

進一步地，所述步驟2中，流動換熱特性包括換熱系數和流動阻力。

進一步地，所述步驟3中，綜合評價因子如下式所示：